層流と乱流

層流と乱流の特性は非常に異なります。 特定のシステムの動作において乱流または層流がなぜ望ましいのかを理解するためには、層流および乱流の特性を理解する必要があります。,

フローレジーム

すべての流体の流れは、二つの広いカテゴリまたはレジームのいずれかに分類されます。 これら二つの流れレジームは層流と乱流である。 流れの政体は、層流か乱流かどうか、あらゆる流動システムの設計そして操作で重要である。 所望の流れを維持するために必要なエネルギーの量を決定する流体摩擦の量は、流れのモードに依存する。 これはまた液体への熱伝達を含むある特定の適用の重要な考察である。,

層流

層流は、流線流または粘性流とも呼ばれる。 これらの用語は、層流において、(1)層間の混合がほとんどなく、異なる速度で互いに流れる水の層、(2)流体粒子が明確で観測可能な経路または流線内を移動し、(3)流れは粘性（厚い）流体の特徴であるか、または流体の粘度が重要な役割を果たすものであるため、流れを説明するものである。

乱流

乱流は、流体の粒子の不規則な動きによって特徴付けられる。, 波の動きにあるように明確な頻度がありません。 粒子は観測可能なパターンと明確な層を持たない不規則な経路で移動する。

流速プロファイル

すべての流体粒子がパイプ内で同じ速度で移動するわけではありません。 速度曲線の形状（パイプの任意の所与のセクションを横切る速度プロファイル）は、流れが層流であるか乱流であるかに依存する。 パイプ内の流れが層流である場合、断面における速度分布は、パイプ内の平均速度の約二倍である中心における最大速度と放物線形状になります。, 乱流では、パイプのセクション全体にかなり平坦な速度分布が存在し、その結果、流体全体が与えられた単一の値で流れることがわかります。 図5を示し、上記の考えます。 パイプ壁と接触する流体の速度は本質的にゼロであり、壁から遠く離れるほど増加する。

図5から、速度プロファイルはパイプ壁の表面状態に依存することに注意してください。, 滑らかな壁は、粗いパイプ壁よりも均一な速度プロファイルをもたらします。

平均（バルク）速度

多くの流体の流れの問題では、同じ流れ断面内の異なる場所で正確な速度を決定するのではなく、単一の平均速度がパイプ内のその点におけるすべての流体の速度を表すことができれば十分である。 これは速度のプロフィールが管の横断面の大半に平らであるので乱流のためにかなり簡単である。 平均速度はパイプの中心での速度と同じであると仮定することは合理的です。,

流れ領域が層流である場合（速度プロファイルが放物線である）、平均値が流体流方程式で使用されるため、任意の断面で”平均”速度を表そうとする 技術的には、これは積分微積分によって行われます。 実際には、学生は中心線の値の半分である平均値を使用する必要があります。

粘度

粘度は、せん断力による変形に対する流体の抵抗を測定する流体特性である。, 粘度は、流体の内部摩擦であり、固体表面または流体の他の層を通過して流れることを抵抗させる。 粘度はまた、流れに対する流体の抵抗の尺度であると考えることができる。 厚い油は高い粘度を有し、水は低い粘度を有する。 絶対粘度の測定単位は次のとおりです。

流体の粘度は、通常、流体の温度に大きく依存し、圧力とは比較的独立しています。, ほとんどの流体について、流体の温度が上昇するにつれて、流体の粘度が低下する。 これの例は、エンジンの潤滑油に見ることができます。 エンジンおよび潤滑油が冷たいとき、オイルは非常に粘性、または厚いです。 エンジンが始動し、潤滑油が温度が上昇した後、オイルの粘度が著しく低下し、オイルははるかに薄く見える。

理想的な流体

理想的な流体は、非圧縮性粘度を有さないものである。, 理想的な流体は実際には存在しませんが、問題を単純化するために、特定の流体流量問題において理想的な流体に何が起こるかを考慮することが

レイノルズ数

流れの領域（層流または乱流のいずれか）は、流れのレイノルズ数を評価することによって決定されます（図5参照）。 Ｏｓｂｏｒｎ Ｒｅｙｎｏｌｄｓの研究に基づくＲｅｙｎｏｌｄｓ数は，流れの物理的特性からなる無次元数である。 式3-7は、流体の流れのレイノルズ数(NR)を計算するために使用されます。,

ここで、

実用的な目的のために、レイノルズ数が2000未満の場合、流れは層流です。 それが3500より大きい場合、流れは乱流である。 2000と3500の間のレイノルズ数を持つ流れは、過渡的な流れと呼ばれることがあります。 原子力施設のほとんどの流体システムは、乱流で動作します。 レイノルズ数は、ムーディーチャートを使用して都合よく決定することができ、その例を以下に示す。 ムーディーチャートの使用に関する追加の詳細は、後続のテキストで提供されています。,